Многотельное моделирование
Моделирование нескольких тел ( MBS ) — это метод численного моделирования , при котором системы многотельных тел состоят из различных твердых или упругих тел. Соединения между телами можно моделировать с помощью кинематических ограничений (например, соединений) или силовых элементов (например, пружинных амортизаторов). Односторонние ограничения и кулоновское трение также можно использовать для моделирования фрикционных контактов между телами. [1] Моделирование нескольких тел — полезный инструмент для анализа движения. Его часто используют при разработке продукта для оценки характеристик комфорта, безопасности и производительности. [2] Например, моделирование нескольких тел широко используется с 1990-х годов как компонент проектирования автомобильной подвески . [3] Его также можно использовать для изучения вопросов биомеханики , включая спортивную медицину , остеопатию и взаимодействие человека и машины. [4] [5] [6]
Сердцем любой программы моделирования многотельных тел является решатель . Решатель — это набор вычислительных алгоритмов , которые решают уравнения движения. Типы компонентов, которые можно изучать с помощью многотельного моделирования, варьируются от электронных систем управления до шума, вибрации и жесткости. [7] Сложные модели, такие как двигатели, состоят из индивидуально разработанных компонентов, например поршней / коленчатых валов . [8]
Процесс MBS часто можно разделить на 5 основных видов деятельности. Первым действием технологической цепочки MBS является «мастер-модель 3D CAD», в которой разработчики продукции, дизайнеры и инженеры используют систему CAD для создания модели CAD и ее структуры сборки, связанной с заданными спецификациями. Эта основная модель 3D CAD преобразуется во время действия «Передача данных» в форматы входных данных MBS, т.е. STEP . «Моделирование MBS» является наиболее сложной деятельностью в технологической цепочке. Следуя правилам и опыту, 3D-модель в формате MBS, множественные границы, кинематика, силы, моменты или степени свободы используются в качестве входных данных для создания модели MBS. Инженеры должны использовать программное обеспечение MBS, а также свои знания и навыки в области инженерной механики и динамики машин для построения модели MBS, включая соединения и звенья. Сгенерированная модель MBS используется во время следующего действия «Моделирование». Моделирование, которое задается приращениями времени и границами, такими как начальные условия, выполняется программным обеспечением MBS. Также возможно выполнить моделирование MBS, используя бесплатные пакеты с открытым исходным кодом . Последнее мероприятие – «Анализ и оценка». Инженеры используют директивы, зависящие от конкретного случая, для анализа и оценки траекторий движения, скоростей, ускорений, сил или моментов. Результаты используются для включения выпусков или улучшения модели MBS, если результатов недостаточно. Одним из наиболее важных преимуществ технологической цепочки MBS является возможность использования результатов для оптимизации компонентов основной модели 3D CAD. Поскольку цепочка процессов позволяет оптимизировать проектирование компонентов, полученные циклы можно использовать для достижения высокого уровня оптимизации проектирования и модели MBS в итеративном процессе. [9]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Шиндлер, Торстен. «Мультителовое моделирование» . Курсы: Технический университет Мюнхена . Технический университет Мюнхена . Проверено 20 августа 2013 г.
- ^ Ларссон, Тобиас. «Многотельное динамическое моделирование при разработке продуктов» (PDF) . Отделение компьютерного проектирования, факультет машиностроения, Технологический университет Лулео . Технологический университет Лулео . Проверено 29 августа 2013 г.
- ^ Бланделл, Майк и Дамиан Харти (2004). Подход систем многих тел к динамике транспортных средств . Оксфорд, Массачусетс: Эльзевир Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 0750651121 .
- ^ Аль Назар, Р.; Т. Ранталайнен; А. Хейнонен; Х. Сиевененд; А. Миккола (2008). «Гибкий подход к моделированию нескольких тел при анализе напряжения большеберцовой кости во время ходьбы» (PDF) . Журнал биомеханики . 41 (5): 1036–1043. дои : 10.1016/j.jbiomech.2007.12.002 . hdl : 10536/DRO/DU:30036187 . ПМИД 18191865 .
- ^ О'Риордейн, К.; премьер-министр Томас; Дж. П. Филлипс; Доктор медицины Гилкрист (август 2003 г.). «Реконструкция реальных несчастных случаев с травмами головы в результате падений с использованием динамики нескольких тел». Клиническая биомеханика . 18 (7): 590–600. дои : 10.1016/S0268-0033(03)00111-6 . hdl : 10197/5951 . ПМИД 12880706 . S2CID 41827906 .
- ^ «Отрасли промышленности: Биомеханика» . СИМПАК . СИМПАК АГ . Проверено 27 августа 2013 г.
- ^ «Определение моделирования динамики нескольких тел» . Функциональный отсек: RecurDyn . Проверено 20 августа 2013 г.
- ^ «Введение в SimMechanics» . Матворкс . Проверено 20 августа 2013 г.
- ^ Фаат А. и Андерл Р. Междисциплинарное и последовательное использование 3D-модели CAD для обучения CAx в инженерных исследованиях. На Международном конгрессе и выставке машиностроения ASME 2016 (стр. V005T06A031-V005T06A031). Американское общество инженеров-механиков. ноябрь 2016 г.